CN102626837A

CN102626837A - 中温铜基钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN102626837A
Application number: CN2012101413430A
Authority: CN
Inventors: 李卓然; 冯广杰; 王征征; 刘羽
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN102626837B

Abstract

中温铜基钎料及其制备方法，它涉及一种钎料及其制备方法。本发明解决了现有铜基钎料脆性大、无法加工成焊丝、无法钎焊钢和不锈钢，且易产生有毒锌蒸气的技术问题。本发明中温铜基钎料由Cu、Zn、Mn、Si、Sn、Ni、La和Ce制成，方法如下：一、称料；二、稀土中间合金的配制：三、中温铜基钎料的熔炼，得到金属锭；四、将金属锭挤压，即得到中温铜基钎料。本发明的中温铜基钎料，不含银，Ga和In等贵金属元素，制备成本低，且本发明的中温铜基钎料不含任何有毒有害的元素，使用安全可靠；本发明的中温铜基钎料钎焊力学性能好，室温条件下本发明的中温铜基钎料力学性能好，能用于钢和不锈钢等黑色金属的钎焊。

Description

中温铜基钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，特别是航空航天、汽车、微电子等工业技术的发展，钎焊技术以其独特的优势得到了飞速的发展，成为最活跃、最具发展潜力的领域之一，而钎料作为钎焊的焊接材料也得到了极大的需求。过去，银基含镉钎料得到了广泛的应用，这是因为银基钎料中Cd的加入可以显著降低合金的液相线、缩小熔化温度区间、提高钎料的流动性和润湿铺展性，从而有效的改善了钎焊工艺性。据有关部门初步统计，仅2005年，国内在银基钎料中消耗的镉就达到了250吨。然而，含镉钎料的大量使用不仅危害焊接操作者的健康，也影响周边的环境。欧盟颁布的WEEE和RoHS两个指令，规定含镉的材料不允许在家电产品中使用，并且已于2006年7月1日起实施。根据中国信息产业部等七部委2006年第39号部令的要求，在家电等行业全面禁止使用含镉等6种有害物质，相关法令并已于2007年3月1日起实施，因此，必须研究开发不含镉的替代钎料产品。目前国内外主要研究银基钎料和铜基钎料这两个系列来代替目前使用的含镉钎料。但是目前不含镉的银基钎料中的银含量大，且加入了大量的贵重金属元素Ga和In，制备成本高，钎焊温度高；而不含镉的铜基钎料虽然制备成本低，但为了获得较低的钎焊温度而添加了锡、磷等合金元素，使得钎料的脆性很大，无法加工成焊丝，只能用快速凝固法制成箔状钎料或制成粉状钎料，P与Fe极易生成Fe₃P等脆性相，恶化了接头的力学性能，无法钎焊钢和不锈钢等黑色金属；铜锌钎料中的锌虽能降低钎料的熔点，但钎焊时容易产生锌蒸气，锌蒸气有毒，对工人的健康不利。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有铜基钎料脆性大、无法加工成焊丝、无法钎焊钢和不锈钢，且易产生有毒锌蒸气的技术问题，提供了一种中温铜基钎料及其制备方法。

中温铜基钎料按照重量份数由59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce制成。

中温铜基钎料的制备方法如下：

一、按照重量份数称取59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce；

二、稀土中间合金的配制：将混合盐放入坩埚中熔化，然后加入步骤一所述Sn重量4％～96％的Sn，Sn完全熔化后，加入La和Ce，并且每4～6分钟搅拌一次，保温25～35分钟，得到稀土中间合金，再把稀土中间合金倒入瓷舟冷却；

三、中温铜基钎料的熔炼：将Cu、Zn和Mn放入中频感应加热炉的石墨坩埚中，然后将中频感应加热炉的温度升至600～800℃，加入覆盖剂，再将中频感应加热炉的温度升至1050～1150℃至Cu、Zn和Mn完全熔化，加入Ni和剩余的Sn，加入覆盖剂，加完覆盖剂3～5min后，将中频感应加热炉的温度降至1000～1040℃，搅拌10～20min，加入Si，加入覆盖剂，将中频感应加热炉的温度降至950～990℃，加入稀土中间合金，搅拌直至熔化，在炉烟为乳白色的条件下搅拌、捞渣，再将中频感应加热炉的温度降至900～940℃出炉，倒入中间包除气，最后倒入温度为240～310℃的浇铸模，得到金属锭；

四、将金属锭去皮清理并切去冒口后预热至420～460℃，然后在挤压速度为9～11cm/s、挤压比为90～150的条件下将金属锭放入模片温度为430～460℃、料筒温度为380～420℃的挤压机中进行挤压得到0.5～3.0mm的焊丝，即得到中温铜基钎料；步骤二中所述混合盐按重量百分比由50％的LiCl和50％的KCl组成。

本发明铜基钎料中添加的合金元素的作用是：Zn能降低Cu的熔点；Mn的加入，与Cu形成低熔点固溶体，可以降低钎料熔点，提高钎缝强度；加入Si，可抑制钎料中Zn的挥发，防止锌蒸气对工人的伤害；加入Ni，可提高钎料的塑、韧性、高温强度以及钎缝强度和润湿性能，使钎料具有良好的加工及使用性能；加入Sn，可降低钎料熔点和提高钎料润湿性；加入稀土元素La和Ce，可以减少钎料中合金元素在晶界的偏析、均匀组织并提高钎料润湿性能和钎料强度。

本发明的中温铜基钎料通过合金配方的优化和稀土元素的添加使得本发明的中温铜基钎料具有较低的熔化温度和较窄的熔化区间，以及良好的润湿铺展性能，钎料的微观组织均匀，具有一定的塑性。在钎料制备过程中，稀土元素以中间合金的形式加入，可以有效的防止其在钎料熔炼过程中的烧损；本发明的中温铜基钎料的熔化温度为770～810℃，钎焊温度不高于850℃；本发明的中温铜基钎料可以通过挤压方法制成直径为0.5～3.0mm的焊丝形式，便于使用；本发明的中温铜基钎料，不含银，Ga和In等贵金属元素，制备成本低，且本发明的中温铜基钎料不含任何有毒有害的元素，使用安全可靠；本发明的中温铜基钎料钎焊力学性能好，室温条件下本发明的中温铜基钎料的平均抗拉强度达到350MPa以上，力学性能好，能用于钢和不锈钢等黑色金属的钎焊。

附图说明

图1是实验一制备的中温铜基钎料的显微组织金相图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中温铜基钎料按照重量份数由59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce制成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是中温铜基钎料按照重量份数由60～62份的Cu、14.5～16份的Zn、13～16份的Mn、0.9～2份的Si、4～6份的Sn、1.5～3.5份的Ni、0.08～0.15份的La和0.08～0.15份的Ce制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是中温铜基钎料按照重量份数由61份的Cu、15份的Zn、15份的Mn、1.5份的Si、5份的Sn、2份的Ni、0.1份的La和0.1份的Ce制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式中温铜基钎料的制备方法如下：

本实施方式步骤二中所用的Sn用稀HCl去除氧化膜。

本实施方式制备得到的中温铜基钎料的熔化温度为770～810℃，钎焊温度不高于850℃，钎焊温度低；本实施方式制备得到的中温铜基钎料，不含银，Ga和In等贵金属元素，不含镉等有毒有害元素，制备成本低；本实施方式制备得到的中温铜基钎料钎焊力学性能好，室温条件下本实施方式制备得到的中温铜基钎料的平均抗拉强度达到350MPa以上，力学性能好，能用于钢和不锈钢等黑色金属的钎焊。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤三中所述的覆盖剂为经过干馏的木炭。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤二中的保温时间为30分钟。其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六不同的是步骤三中最后倒入温度为300℃的浇铸模，得到金属。其它与具体实施方式四至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七不同的是步骤四中将金属锭去皮清理并切去冒口后预热至450℃。其它与具体实施方式四至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八不同的是步骤四中在挤压速度为10cm/s、挤压比为100的条件下将金属锭放入挤压机中进行挤压得到焊丝。其它与具体实施方式四至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九不同的是步骤四中将金属锭放入模片温度为450℃、料筒温度为400℃的挤压机中进行挤压得到焊丝。其它与具体实施方式四至九相同。

采用下述实验验证本发明的效果：

实验一：中温铜基钎料的制备方法如下：

一、按照重量份数称取60.5份的Cu、15.5份的Zn、15份的Mn、1.3份的Si、5份的Sn、2.5份的Ni、0.1份的La和0.1份的Ce；

二、稀土中间合金的配制：将混合盐放入坩埚中熔化，然后加入步骤一所述Sn重量4％～96％的Sn，Sn完全熔化后，加入纯金属La(纯度99.99％)和纯金属Ce(纯度99.99％)，并且每5分钟搅拌一次，保温30分钟，得到稀土中间合金，再把稀土中间合金倒入瓷舟冷却；

三、中温铜基钎料的熔炼：将Cu、Zn和Mn放入中频感应加热炉的石墨坩埚中，然后将中频感应加热炉的温度升至700℃，加入覆盖剂，再将中频感应加热炉的温度升至1100℃至Cu、Zn和Mn完全熔化，加入Ni和剩余的Sn步骤一所述Sn重量4％～96％的Sn，加入覆盖剂，加完覆盖剂4min后，将中频感应加热炉的温度降至1020℃，搅拌15min，加入Si，加入覆盖剂，将中频感应加热炉的温度降至970℃，加入稀土中间合金，搅拌直至熔化，在炉烟为乳白色的条件下搅拌、捞渣，再将中频感应加热炉的温度降至920℃出炉，倒入中间包除气，最后倒入温度为310℃的浇铸模，得到金属锭；

四、将金属锭去皮清理并切去冒口后预热至440℃，然后在挤压速度为10cm/s、挤压比为120的条件下将金属锭放入模片温度为440℃、料筒温度为400℃的挤压机中进行挤压得到1.8mm的焊丝，即得到中温铜基钎料；步骤二中所述混合盐按重量百分比由50％的LiCl和50％的KCl组成；步骤三中的覆盖剂为经过干馏的木炭。

实验一制备得到的中温铜基钎料的钎焊温度为810℃，钎焊温度低；实验一制备得到的中温铜基钎料，不含银，Ga和In等贵金属元素，不含镉等有毒有害元素，制备成本低；实验一制备得到的中温铜基钎料钎焊力学性能好，室温条件下实验一制备得到的中温铜基钎料的平均抗拉强度达到350Mpa以上，力学性能好，能用于钢和不锈钢等黑色金属的钎焊。

图1所示为实验一制备得到的中温铜基钎料的显微组织金相图，从图1可以看出实验一制备得到的中温铜基钎料的微观组织均匀，质量好。

Claims

1.中温铜基钎料，其特征在于中温铜基钎料按照重量份数由59.05～62.1份的Cu、14～17份的Zn、12.5～16.9份的Mn、0.6～2.1份的Si、3.5～6.5份的Sn、1～4份的Ni、0.05～0.2份的La和0.05～0.2份的Ce制成。

2.根据权利要求1所述中温铜基钎料，其特征在于中温铜基钎料按照重量份数由60～62份的Cu、14.5～16份的Zn、13～16份的Mn、0.9～2份的Si、4～6份的Sn、1.5～3.5份的Ni、0.08～0.15份的La和0.08～0.15份的Ce制成。

3.根据权利要求1所述中温铜基钎料，其特征在于中温铜基钎料按照重量份数由61份的Cu、15份的Zn、15份的Mn、1.5份的Si、5份的Sn、2份的Ni、0.1份的La和0.1份的Ce制成。

4.权利要求1所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于中温铜基钎料的制备方法如下：

5.根据权利要求4所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的覆盖剂为经过干馏的木炭。

6.根据权利要求4或5所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤二中的保温时间为30分钟。

7.根据权利要求4或5所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤三中最后倒入温度为300℃的浇铸模，得到金属锭。

8.根据权利要求4或5所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤四中将金属锭去皮清理并切去冒口后预热至450℃。

9.根据权利要求4或5所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤四中在挤压速度为10cm/s、挤压比为100的条件下将金属锭放入挤压机中进行挤压得到焊丝。

10.根据权利要求4或5所述中温铜基钎料的制备方法，其特征在于步骤四中将金属锭放入模片温度为450℃、料筒温度为400℃的挤压机中进行挤压得到焊丝。